Практикума в профильном химико-биологическом классе (11 класс)

Павкина Ольга Геннадиевна, учитель химии

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Многопрофильный лицей города Димитровграда

Ульяновской области

ОРГАНИЗАЦИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОБЛЕМНОГО ПРАКТИКУМА В ПРОФИЛЬНОМ ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКОМ КЛАССЕ (11 класс).

Учащиеся профильного химико-биологического класса находятся в привилегированном положении в отличие от учащихся непрофильных классов. Содержательный минимум Государственного образовательного стандарта и программ вступительных экзаменов в вузы остается неизменным. В результате возникает нерешаемая проблема. Учащийся, заканчивающий класс без углубленного изучения химии, не сможет поступить в химический вуз без занятий с репетитором. Учащиеся профильного химико-биологического класса, имея от 5 до 6 ч химии в неделю, вполне способны к поступлению в химические вузы. Однако профильный химико-биологический класс – это не подготовительные курсы, и возникает проблема: «В каком объеме давать детям углубленные химические знания?»

Одним из путей решения проблемы является отказ от дублирования вузовских программ. Научные знания следует формировать на основе самостоятельного анализа явлений, предметов, процессов. При этом надо стремиться к тому, чтобы учащиеся овладели логическими методами познания. Умение выполнять сложные умственные операции (выделение главного, сравнение, доказательство, обобщение, конкретизация, анализ, синтез) не менее важно, чем знание фактического материала.

Высокий уровень подготовки учащихся профильного класса позволяет широко использовать проблемный метод обучения химии. В школьном курсе этот метод применяется недостаточно. В частности, химический эксперимент мало используется в качестве способа организации проблемного обучения.

Химический эксперимент, применяемый в школьной практике, обычно служит подтверждением определенных теоретических положений. Такой иллюстративный эксперимент, несомненно, важен и нужен. Вместе с тем для введения в учебный процесс проблемного обучения, формирования диалектического мышления учащихся необходимо включать в лабораторный практикум химические опыты, результаты которых не вписываются в традиционные представления о свойствах веществ или закономерностях протекания реакций. Проблемный эксперимент сопровождается дискуссией, в ходе которой учащиеся самостоятельно приходят к важнейшим понятиям, законам и теориям химии.

Я поставила задачу разработать методические рекомендации по организации и проведению проблемного эксперимента по основным темам школьного курса химии в профильном химико-биологическом классе. Для этого, во-первых, необходимо разработать лабораторный практикум проблемного характера, т.е. описать демонстрационные эксперименты и практические работы; во-вторых, сформулировать проблемные вопросы и задания; в-третьих, показать приемы проведения подобных работ.

В качестве иллюстрации привожу методику проведения проблемных экспериментальных работ по теме «Гидролиз солей» в 11 классе.

Экспериментальная работа проводится в рамках школьного курса «Общая химия» в 11-м классе.

Названия практических работ учащимся не сообщаются, поскольку целью является самостоятельное решение проблем, возникающих в процессе выполнения экспериментов, и формулировка выводов. Названия же работ – часть этих выводов.

Занятие 1. Первоначальные представления о гидролизе солей

Цель. Сформировать понятие о гидролизе и навыки практической работы с веществами.

Задачи.Образовательные.Применение знаний по химии на практике, закрепление навыков экспериментирования.

Воспитательные. Подтверждение тезиса «Знание – сила» – о ведущей роли теории в познании практики. Прививать любовь к малой родине, воспитывать ответственное отношение к ее развитию на примере знакомства с инновационной программой по созданию ядерного кластера в Димитровграде.

Развивающие. Развитие логического мышления путем сравнения, обобщения, анализа, систематизации; развитие познавательной активности и творческой деятельности.

Тип урока. Урок - практикум.

Девиз урока. «Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые» (Д.Хевеши).

Оборудование и реактивы. Растворы веществ: HCl, HNO₃, H₂SO₄, NaOH, KOH, Ba(OH)₂, NaCl, NaBr,BaCl₂,Al₂(SO₄)_3, Na₂CO₃, Na₂SO₃, Na₃PO₄,ZnSO₄,NH₄Cl, лакмус, фенолфталеин.

Экспериментальная часть и обсуждение результатов эксперимента

Работа выполняется в группах по 4 человека или в парах учащихся.

Учащиеся знакомы со свойствами кислот и щелочей изменять окраску индикаторов. Поэтому они быстро проводят соответствующие реакции с кислотами и щелочами и объясняют изменение окраски лакмуса и фенолфталеина взаимодействием индикатора с ионами H⁺ и OH^–. Растворы хлорида натрия и хлорида бария не изменяют окраску индикаторов, что тоже объяснимо, исходя из теоретических представлений учащихся 9-го класса. При диссоциации средних солей образуются катионы металлов и анионы кислотных остатков, которые с индикаторами не взаимодействуют.

Проблема возникает тогда, когда цвет индикатора изменяется в растворах карбоната натрия и сульфата цинка. Причем цвет лакмуса в растворе Na₂CO₃ становится синим, а в растворе ZnSO₄– красным.

Для объяснения наблюдаемых явлений учащиеся выдвигают ряд гипотез, одна из которых – посторонние примеси в растворах двух последних солей. Для проверки этой гипотезы учащиеся просят учителя дать для анализа растворы других солей. Например, для анализа можно предложить растворы следующих солей: CuCl₂, Pb(NO₃)₂, FeCl₃, Na₂S, K₂SO₃, CH₃COONa, KBr, NaNO₃. В результате оказывается, что все соли можно разделить на три группы:

1-я  г р у п п а – соли, растворы которых ведут себя по отношению к лакмусу как кислоты;

2-я  г р у п п а – соли, растворы которых ведут себя по отношению к лакмусу и фенолфталеину как щелочи;

3-я  г р у п п а – соли, растворы которых не изменяют окраску индикаторов.

Гипотезу о посторонних примесях можно считать отвергнутой.

УЧИТЕЛЬ.Почему растворы солей первой группы изменяют фиолетовую окраску раствора лакмуса на красную?

УЧАЩИЙСЯ. Значит, в этих растворах есть ионы H⁺.

УЧИТЕЛЬ. Откуда ионы H⁺в растворе, если вы смешивали соль и воду?

УЧАЩИЙСЯ.Наверное, из воды.

УЧИТЕЛЬ.Как от воды могли отделиться ионы H⁺?

УЧАЩИЙСЯ.Видимо, какая-то частица соли отрывает от молекулы воды частицу OH^–. Отрицательную частицу от молекулы воды может оторвать положительная частица из соли.

УЧИТЕЛЬ.Что же общего у катионов Cu²⁺, Pb²⁺, Fe³⁺?Почему именно они присоединяют гидроксид-ионы? Почему этого не происходит в случае катионов Na⁺, K⁺?

УЧАЩИЙСЯ.Гидроксиды Сu(OH)₂, Pb(OH)₂, Fe(OH)₃ – cлабые основания, а NaOH, KOH – сильные. Сильные основания в растворе полностью диссоциируют на ионы.

Растворы второй группы солей изменяют фиолетовую окраску лакмуса на синюю. Значит, в их растворах есть гидроксид-ионы. Остатки слабых электролитов – анионы кислотных остатков – взаимодействуют с молекулами воды с образованием ионов OH^–. В растворах солей третьей группы нет свободныхионов H⁺ и OH^–. С водой не взаимодействуют остатки сильных электролитов (кислот и оснований).

В результате подобных рассуждений учащиеся самостоятельно приходят к выводам.

1. Если соль образована сильной кислотой и слабым основанием, реакция ее раствора будет кислая. Причина кислой среды – взаимодействие катиона (остатка слабого основания) с молекулами воды. Такое взаимодействие называется гидролизом по катиону.

2. Если соль образована слабой кислотой и сильным основанием, реакция ее раствора будет щелочная. Причина щелочной среды – взаимодействие аниона (остатка слабой кислоты) с молекулами воды. Этот процесс называется гидролизом по аниону.

3. Если соль образована сильной кислотой и сильным основанием, реакция ее раствора будет нейтральной. Катионы металла и анионы кислотного остатка таких солей не образуют прочных связей с молекулами воды. Как следствие, в растворах таких солей нет ионов H⁺ и OH^–.

Здесь уместно сделать паузу. В классе обязательно найдется учащийся, который увидит новую проблему. Учить детей самостоятельно видеть проблемы, формулировать их – одна из важнейших задач учителя.

УЧАЩИЙСЯ. А как ведут себя в растворе соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой?

УЧИТЕЛЬ.Попробуйте самостоятельно спрогнозировать результат опыта и аргументировать свой прогноз.

УЧАЩИЙСЯ.Вероятно, реакция раствора такой соли будет нейтральной, ведь ионы H⁺, образованные при взаимодействии катиона – остатка слабого электролита – с молекулами воды, будут связываться ионами OH^–, образованными при гидролизе по аниону.

К фиолетовому раствору лакмуса добавляем раствор ацетата аммония. Цвет не изменяется – реакция раствора нейтральная.

Поэкспериментируем еще с одной солью – сульфидом аммония. При его добавлении фиолетовый раствор лакмуса становится синим. Проблема! Обсуждение продолжается еще оживленнее.

УЧАЩИЙСЯ.Сила и слабость электролита – понятия относительные. Сила электролита – сероводородной кислоты – оказалась меньше, чем сила гидроксида аммония, поэтому реакция раствора сульфида аммония щелочная.

Форма проведения занятия

Обсуждение результатов экспериментов проводится в форме фронтальной эвристической беседы, руководимой учителем. Учитель задает вопросы, позволяющие установить существующие закономерности, сделать выводы. Определения понятий, уравнения реакций, выводы, сформулированные детьми и скорректированные учителем, должны быть записаны каждым учащимся в тетрадь. По ходу обсуждения учитель отмечает успехи учащихся, в конце урока ставит им оценки.

Во время подобных уроков никогда не возникает проблем с дисциплиной, потому что детям не скучно. Они самостоятельно добывают знания, не получая их от учителя в готовом виде, как это происходит при объяснительно-иллюстративном методе. Знания, полученные таким путем, глубокие и прочные, об этом свидетельствуют результаты контрольных работ. После таких практических работ задания на совместный гидролиз и на взаимодействие веществ с продуктами гидролиза выполняются с малым количеством ошибок.

Я предложила учащимся 11-х классов с углубленным изучением химии написать отзыв об одном из уроков химии, который запомнился больше всего. Учащиеся написали, что самые любимые уроки – практические работы-исследования. Вот выдержки из сочинений.

«Конечно, самые интересные уроки – это практические работы. Они проходят как соревнования, в которых хочется участвовать. Каждый старается помочь своей группе. Таким образом, казалось бы, сложная работа превращается в игру, позволяющую лучше понять тему».

«На мой взгляд, самые лучшие уроки – это практические работы. Самому проводить исследование, наблюдать, объяснять явления. Ведь это просто чудо, когда ожидаешь один результат опыта, а получается совсем другой. Оказывается, мы вместе можем объяснить этот результат».

«В предыдущей школе не было возможности проводить яркие экспериментальные работы на уроках химии. Мы никогда не делали опытов самостоятельно и не защищали их у доски перед всем классом. В данной школе я действительно заинтересовалась химией, она стала мне очень интересна, я открыла для себя ее новые и интересные стороны. Сейчас я думаю связать свою будущую профессию с химией».

«В нашем городе начинается строительство ядерного кластера, а важным элементом кластера станет Федеральный Центр медицинской радиологии. Запуск медицинского центра, позволит:

на 25% снизить смертность россиян от злокачественных заболеваний;

качественно улучшить диагностику сердечно-сосудистых заболеваний;

снизить показатели онкологической запущенности на 15-20%.

Центр займется не только лечением и разработкой, но и научными исследованиями, а такжеподготовкой квалифицированных кадров для этой сравнительно новой отрасли медицины. Здесь, помимо лечебной и производственной базы, будет создана и учебная – новое направление медицины.

Поэтому после окончания медицинского ВУЗа я вернусь работать в родной город.»

Литература для учащихся

1 Ландсберг Г. С.  Элементарный учебник физики. Том III. – М.: Наука, 1986- 663с.

2. Селезнев Ю. А.   Основы элементарной физики. – М.: Наука, физматлит, 1974-544с.

3. Трифонов Д.Н. Периодическая система элементов. История в таблицах. М: МП ВХО им.Д.И.Менделеева,1992,с.46.

Источники информации:

Программа развития ядерно-инновационного кластера в Димитровграде [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.dimra.ru/nauthor/admin

Перспективы развития города [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.dimitrovgrad.ru/invest/invproject_dev_mc.html

Ядерная жизнь Димитровграда [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.izvestia.ru/news/501896

Уникальный центр ядерной медицины построят в Димитровграде [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://pharmcluster.ru/4957

Молибден для внутреннего употребления [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.eco-pravda.ru/page.php?id=3035

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/118120-praktikuma-v-profilnom-himiko-biologicheskom-